Auf Amerikas Farmen helfen Roboter beim Jäten und beim Traktorfahren

Mar 26, 2023

CHUALAR, Kalifornien – Der Roboter sieht aus wie eine unbeholfene Kombination aus einem Transformer und Edward mit den Scherenhänden und rollt langsam über das Feld mit winzigen Pflanzen. Drei hochauflösende Kameras blicken auf den Boden.

Ein von synchronisierten Blitzlichtern beleuchteter Bordcomputer erstellt ein digitales Bild jedes vorbeigleitenden Sämlings und vergleicht ihn mit all dem Grün, das er vernünftigerweise auf einem Feld mit reichem Ackerland im Salinas Valley zwei Stunden südlich von San Francisco finden könnte.

Im Bruchteil einer Sekunde gibt es ein Streichholz – Brokkoli – und der Computer ermittelt genau die Mitte der Pflanze und erstellt im Handumdrehen ein Diagramm ihrer Platzierung.

„Es setzt einen Punkt auf den Stamm und kartiert ihn“, sagt Todd Rinkenberger von FarmWise, dem Hersteller des Roboters. „Jetzt weiß es, was Pflanze ist. Alles andere ist Unkraut.“

Die kreisförmigen Metallklingen des Roboters bewegen sich sanft, sodass sie sich direkt vor der Pflanze befinden. Dann öffnen und schließen sie sich, graben sich präzise auf jeder Seite des Brokkoli-Setzlings in die Erde und vernichten das Unkraut, während der Spross unberührt bleibt, fertig in etwa einem weiteren Monat zur Erntegröße heranwachsen.

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Dies alles geschieht im Bruchteil einer Sekunde, während der FarmWise Titan-Roboter mit weniger als 1 Meile pro Stunde über das Feld rollt.

„Es war eine ziemliche Veränderung“, sagte Luis Vargas, der in der High School mit einem 20-köpfigen Jätteam begann und jetzt eine Flotte von vier Jätrobotern für Tanimura & Antle betreibt, einen Erzeuger und Verkäufer von frischem Gemüse in Kalifornien und Arizona.

„Ich erinnere mich, dass ich in den Handtrupps zehn Stunden am Tag über die Felder laufen musste. Wenn man auf ein sehr verkrautetes Feld kommt, ist es langsam, es ist hart. Und es ist heiß“, sagte er. „Diesen Maschinen ist es egal, ob es heiß oder kalt ist.“

Die Szene in Chualar spielt sich landesweit in einer kleinen, aber wachsenden Zahl von Bereichen ab, in denen Roboter eingesetzt werden, die maschinelles Lernen nutzen. Heutzutage fahren meist automatisierte Maschinen Traktoren über Felder, transportieren Lasten und führen Ausdünnungen und Jäten durch. Andere Systeme setzen präzise Dünger- oder Herbiziddosen ein. Aber die Ernte, insbesondere von empfindlichem Obst und Gemüse, liegt noch in weiter Ferne.

Gemeinsam sollen Maschinen dabei helfen, eine Vielzahl von Problemen zu lösen. Die größte Herausforderung besteht darin, den Bedarf an anspruchsvollen Arbeitsplätzen in der Landwirtschaft zu verringern. Es werden immer noch Arbeitskräfte benötigt, aber mehr werden die Roboter steuern und weniger mühsame, körperliche Arbeit verrichten. Dies führt bereits zu einer Vielzahl neuer Arbeitsplätze für Menschen, die die Systeme bauen, betreiben und reparieren können. Community Colleges und Universitäten sind damit beschäftigt, Programme zu entwickeln, um einer neuen Generation von Landarbeitern diese Fähigkeiten zu vermitteln.

Experten sagen, dass die Landwirtschaft eine seltene Anwendung modernster Technologie ist, der Arbeiter, Technologieunternehmen, die Regierung und Großunternehmen alle in unterschiedlichem Maße optimistisch gegenüberstehen.

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Ein weiterer Vorteil von Robotern, der für Menschen außerhalb der Landwirtschaft nicht intuitiv ist, besteht darin, dass sie kleiner und leichter sind als herkömmliche große Traktoren. Dies bedeutet, dass Landwirte schon früh mit der Arbeit auf den Feldern beginnen können, wenn der Boden noch zu nass ist, um das Gewicht großer Traktoren und Grubber zu tragen. Dadurch haben Landwirte eine längere Vegetationsperiode, ohne sich Sorgen über eine Verdichtung und Schädigung des Bodens machen zu müssen.

„Dies ist besonders im Hinblick auf den Klimawandel wichtig, da wir feuchtere Frühlinge und trockenere Sommer erwarten“, sagte Steven Mirsky, Forschungsökologe beim US-Landwirtschaftsministerium.

„Arbeit ist ein großer Treiber des Wandels“, sagte John D’Arrigo, Präsident von D’Arrigo California. Seine Familie baut seit drei Generationen in Kalifornien Salat, Brokkoli, Blumenkohl und Broccoli Rabe an, und er sieht, dass seine Belegschaft altert.

„Wir schneiden täglich eine Million Salatköpfe und das ist eine harte Arbeit“, sagte er. „Die Leute, die über die Felder gehen und sich über den Salat schneiden? Diese Leute verschwinden, sie ziehen sich zurück“, sagte er.

Wo es Vorsicht gibt, kommt diese von Seiten der Gewerkschaften, die sicherstellen wollen, dass ihre Arbeitnehmer die Vorteile der Automatisierung genießen, und die bei der Entscheidung über deren Einführung mithelfen wollen.T„Die United Farm Workers of America sieht nicht, dass Roboter Menschen auf den Feldern verdrängen“, sagte Kommunikationsdirektor Antonio De Loera-Brust.

Ihr größtes Anliegen ist, dass die Technologie eingesetzt wird, um die Arbeitsplätze in der Landwirtschaft zu verbessern und nicht, dass sie verschwinden.

„Wird dies eingesetzt, um die Arbeit auf dem Bauernhof sicherer zu machen und den Körper der Menschen weniger zu belasten?“ er sagte. „Oder wird dies nur ein weiteres Instrument zur Gewinnmaximierung auf Kosten der Landarbeiter sein? Wir möchten, dass die Arbeiter ein Mitspracherecht bei der Implementierung von Robotern haben.“

D'Arrigo sagt, die Landwirtschaft müsse ihre Arbeitsplätze verbessern.

„Ich verliere Menschen durch den Bau“, sagte er. „Wenn wir als Branche überleben wollen, müssen wir Arbeitsplätze lukrativer und interessanter machen.“

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Das war auf jeden Fall bei Vargas, 27, der Fall. Seine Mutter hat mehr als 14 Jahre lang in den Packschuppen von Tanimura und Antle gearbeitet.

Vargas ging mit dem Ziel aufs College, in der Strafjustiz zu arbeiten, aber die neuen technischen Möglichkeiten faszinierten ihn. Vor etwa vier Jahren begann er mit der Arbeit an den ersten Demonstrationsrobotersystemen „Smart Cultivator“ von Stout Industrial Technology in Salinas.

Heute können die von ihm geleiteten Roboterteams pro Stunde etwa einen Hektar Unkraut jäten.

„Für eine Handmannschaft wären etwa 20 Leute nötig“, sagte er.

Landwirtschaftliche Roboter und automatisierte Systeme seien für Menschen, die an einem Feld vorbeifahren, größtenteils unsichtbar, sagte Emily Duncan, Agrartechnologie- und Innovationsforscherin an der University of Guelph in Ontario, Kanada.

Das kann so einfach sein wie ein Traktor oder Mähdrescher, der selbst über ein Mais-, Weizen- oder Sojabohnenfeld fährt. Diese als automatische Lenkung bezeichneten Systeme nutzen GPS und erfordern lediglich, dass der Fahrer am Ende der Reihe abbiegt.

„Wenn man 12, 13, 14 Stunden am Tag unterwegs ist, ist das Fahren wirklich ermüdend. Damit überwacht man hauptsächlich“, sagte Duncan.

Laut USDA werden solche Systeme seit diesem Jahr in mehr als 50 % der Reihenkulturen wie Mais, Sojabohnen, Baumwolle und Winterweizen eingesetzt.

Die nächste Stufe werden Maschinen sein, die mithilfe hochauflösender Kameras jede Pflanze sehen und ihr einen genau dosierten Düngerspritzer geben, je nachdem, wie gut es der Pflanze geht. Wenn es mickrig ist, wird es vielleicht mehr, wenn es schön und robust ist, dann weniger.

In manchen Fällen können Agrarroboter Dinge tun, die vorher einfach nicht möglich waren. Ein Beispiel sind kleine Roboter, die unter dem Blätterdach eines Maisfeldes navigieren und Unkraut jäten können, nachdem die Pflanzen hoch gewachsen sind. Alle Unkräuter, auch versteckte, entziehen dem Boden Nährstoffe und Feuchtigkeit, die für den Anbau genutzt werden könnten.

„Jetzt akzeptieren wir dieses Unkraut einfach, weil wir es nicht erreichen können“, sagte Shadi Atallah, Professor für Agrarökonomie an der University of Illinois Urbana-Champaign, wo die Roboter entwickelt werden.

Roboter könnten auch Bio-Lebensmittel billiger machen. Heutzutage ist bei Bio-Pflanzen mehr Anbau und Handarbeit erforderlich als bei konventionellen Pflanzen, da keine Herbizide verwendet werden können, was den Anbau teurer macht. Eine Alternative bieten Roboter.

„Bio kann bedeuten, dass sich die Arbeiter den ganzen Tag bücken, damit jemand, der es sich leisten kann, ein Bio-Gemüse kaufen kann“, sagte Atallah.

Zusätzlich zu den mechanischen Jätrobotern gibt es den Laser-Jäter von Carbon Robots, der mit 30 Lasern Unkraut oder dünne Sämlinge beseitigt, ohne dass Handarbeit oder Chemikalien erforderlich sind.

Ein weiterer Bereich, in dem Roboter einen großen Unterschied machen können, sind Zwischenfrüchte. Hierbei handelt es sich um die wachsende Praxis, Dinge wie Winterroggen, Haarwicke und Karmesinklee auf neu abgeernteten Feldern anzupflanzen, um Feuchtigkeit zu speichern und den Boden zu stärken, und sie dann abzuschneiden, um sie anzureichern Boden vor der erneuten Pflanzung im Frühjahr.

Heutzutage müssen solche Pflanzen nach der Ernte eines Feldes oder per Flugzeug gesät werden, wobei die Samen vom Himmel fallen. Aber Roboter können unter das Blätterdach von Mais, Sojabohnen und Baumwolle kriechen und Zwischenfrüchte aussäen, bevor die Haupternte geerntet wird.

„Dadurch wird die Fähigkeit zum Zwischenfruchtanbau erweitert und es wird weniger Zeit in Anspruch genommen. Es verringert nicht die Arbeitsintensität, sondern nutzt die Technologie der künstlichen Intelligenz, um den nachhaltigen Übergang der Landwirtschaft zu unterstützen“, sagte Atallah.

Ein Stolperstein besteht darin, Techniker zu finden, die ihr Wissen in der Landwirtschaft anwenden. Das ist einer der Gründe, warum die Western Growers Association in Salinas ihr Zentrum für Innovation und Technologie eingerichtet hat.

Aber obwohl es nur eine Stunde südlich vom Silicon Valley liegt, „gibt es eine echte Kluft zwischen Leuten, die in der Technik arbeiten, und Leuten, die in der Landwirtschaft arbeiten“, sagte Duncan.

Die Probleme, mit denen Landwirte konfrontiert sind, sind schwer zu lösen und bieten nicht die Art von globalen Technologieunternehmen, die sie mögen. Für jede Kulturart kann eine neue Lösung erforderlich sein.

„Ich habe vor ein paar Jahren mit einem Publikum von Risikokapitalgebern gesprochen“, sagte Neill Callis von Turlock Fruit Co., einer Melonenfarm in der vierten Generation im kalifornischen Central Valley.

„Ich habe das Problem des Melonenpflückens beschrieben und sie waren ganz Ohr. Dann sagte ich, dass es wirklich ein 30- bis 60-Millionen-Dollar-Problembereich sei, und man konnte einfach sehen, wie die Lichter ausgingen. Es gab einfach nicht genug Aufwärtspotenzial, um das Geld aufzubringen.“ und Innovationen entwickeln, um unser spezifisches Problem zu lösen.“

Heutzutage steigt das Interesse, wie die Vielzahl kleinerer Roboter-Startups zeigt, die an den Start gehen. „Vor zehn Jahren war keiner dieser Leute hier“, sagte D’Arrigo. „Jetzt gibt es viele davon, aber wir brauchen noch viel mehr, um uns darauf einzulassen.“

Die Ernte werde das letzte gelöste Problem sein, insbesondere wenn es um Obst und Gemüse geht, sagte Dennis Donohue, Direktor des Zentrums für Innovation und Technologie.

„Es stellt sich heraus, dass es einfacher ist, Unkraut zu vernichten, als Erdbeeren vorsichtig zu pflücken“, sagte er. „Roboterhände werden immer besser, aber sie sind noch nicht so weit.“

Es muss auch deutlich günstiger werden. „Einen Apfel für 20 US-Dollar zu pflücken, ist kein Problem. Er muss 2 Cent kosten“, sagte Callis.

Am Ende könnten Roboter die Landwirtschaft revolutionieren, kleinere Betriebe wirtschaftlicher und die gesamte Branche nachhaltiger machen und eine Agrarwelt verändern, in der seit langem das Motto „Wer groß oder raus“ lautet.

„Sobald Sie mit einer maßstabsneutralen Technologie wie Robotern arbeiten, sagen Sie nicht mehr, dass Sie nur überleben können, wenn Sie den größten Mähdrescher haben. Die Frage lautet: ‚Sind Sie eine Farm mit einem Roboter oder eine Farm mit 30 Robotern?‘ "sagte Steven Mirsky, ein Forschungsökologe am Landwirtschaftsministerium, der die öffentlichen Datenbanken mit Bildern aufbaut, die Agrarunternehmen nutzen können, um ihre Systeme anzukurbeln.

Startups wie Farm-ng in Watsonville, Kalifornien, bauen jetzt kleine, einfach zu konfigurierende Roboterplattformen, die Landwirte für alles, was sie brauchen, hinzufügen können, womit das USDA experimentiert, sagte er. Die Abkehr von riesigen, massiven und enorm teuren Geräten hin zu leichten Robotern, die modular aufgebaut und einfacher zu reparieren sind, kann auch den technischen Einfallsreichtum steigern, der seit langem das Markenzeichen des amerikanischen Landwirts ist.

Eines ist sich Mirsky sicher: Maschinen werden den Landwirt nie ganz verdrängen.

„Der Landwirt ist die ultimative Multifaktor-Analysemaschine“, sagte er. „Man kann sie nicht ersetzen, man kann ihnen nur Kapazitäten hinzufügen, damit sie das tun können, was sie tun müssen“, sagte er.